Sr+HF體系的動(dòng)力學(xué)研究

第19卷第2期原子核物理評論Ⅴol.192002年6月Nuclear Physics ReviewJune, 2002文章編號:1007-462X200)2-0165-04Sr+HF體系的動(dòng)力學(xué)研究劉玉芳,孟慧艷,王永,朱遵略,孫金鋒(河南師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院,河南新鄉453002)摘要∶應用擴展的LEF勢能面,對處于高碰撞能零振動(dòng)激發(fā)(E。=54.18k/mol,ν=0,j=0)和低碰撞能低振動(dòng)激發(fā)(E。1=7.56kJ/mol,ν=1,j=0兩種初始條件下的Sr+HF體系的競爭反應模式、定態(tài)分布函數P(b以及反應碰撞能對產(chǎn)物Sr轉動(dòng)取向的影響進(jìn)行了準經(jīng)典軌線(xiàn)計算計算結果與實(shí)驗結果及相關(guān)理論符合得很好,且能給予實(shí)驗以合理的動(dòng)力學(xué)解釋關(guān)鍵詞:LEFS勢能面;準經(jīng)典軌線(xiàn)計算;竟爭反應模式;轉動(dòng)取向中圖分類(lèi)號:0643.12文獻標識碼:A0)兩種初始條件下對應的競爭反應模式和定態(tài)分布函數P(b以及反應碰撞能對Sr轉動(dòng)取向的影響MCa,sr,Ba)+HXF,Cl,Br,Ⅰ)體系是典型進(jìn)行了準經(jīng)典軌線(xiàn)QCT川計算.研究結果與實(shí)驗及的、具有重要理論研究意義的H+HL型體系.對Sr+HF體系,在實(shí)驗上,Cula等1研究了反應物振相關(guān)理論研究符合得很好,且能給予實(shí)驗以合理的動(dòng)力學(xué)解釋動(dòng)能(ν=0,1廂和平動(dòng)能對反應的影響,發(fā)現振動(dòng)能對促進(jìn)反應更為有效,并指出反應存在后期勢2勢能面與準經(jīng)典軌線(xiàn)計算QCT)壘;R.N.Zare工作組2比較了Ca+HF和Sr+HF反應的實(shí)驗結果,指出兩種體系對應的反應模式存本文采用擴展的LEP勢能面561在明顯的差異:Ca+H對應的是間接插入反應模民r1,r2,r3)=Q1+Q2+Q3-(片++式,而Sr+HF卻是直接提取反應和間接插入反應乃-J1J2-J2J3-J3J1)2兩者相互競爭的反應模式;Man等31和 Tele等4其中研究了反應物轉動(dòng)能j=1,2,3對產(chǎn)物振動(dòng)分布的影響,得出了對不同的j值,SrF的振動(dòng)保持統計=E(r)+3E(r)(2)分布不變.在理論上,蔡夢(mèng)秋等5詳細研究了HF在不同νν=0,1廂j值(j=1,2,3)下反應產(chǎn)1=()-3E(r)(3)物SF的振動(dòng)分布、相對反應截面隨碰撞能(E。)改變而表現出的特性,得出與Cmp和Tele等相同式中E為雙原子More函數,3E為反Moe函數的結論,并且指出⊕轉動(dòng)量子數的增加導致SrFE(r)=Diexy-2X r-To )1振動(dòng)布居在高振動(dòng)量子數上的分布2exp[ -Ar-ro )]y(4)關(guān)于Sr+IF反應競爭程度問(wèn)題,理論研究尚未見(jiàn)諸報道.本文應用擴展的 ondon- Eyring- Polanyi-3E(r)=3Dex[-2r-ro)]+sa(IEⅣS勢能面,對Sr+IF體系處于高碰撞能2exp[-Kr-ro )13(5)零振動(dòng)激發(fā)(E。1=54.18kJ/mol,y=0,j=0廂低中國煤化工S;)碰撞能低振動(dòng)激發(fā)(E。。=7.56kJ/mol,ν=1,j=CNMHGS,(6)收稿日期:2002-03-1;修改日期:2002-04-28基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(1074019);河南省自然科學(xué)基金資助項目(0110800);河南省教育廳基金資助項目20140005)著(zhù)商教揭玉(193-),敷漢族)河南靈寶人,副教授,從事電子原子、電子分子碰撞研究原子核物理評論第19卷根搌(1)(6庶可得此體系旳LES勢能面解析式,條件下反應傾向于間接反應.這與R.N.Zare根據其中腳標(i=1,2,3分別對應SF,HF,SH),S1實(shí)驗總結出的結論2相一致為可調Sato參數,采用表1的數據所構造的勢能面進(jìn)行QCT計算.為了與實(shí)驗數據進(jìn)行比較,反應初始條件取兩組:E。1=54.18kJ/mol,y=0,j=00.然后對體系的方程進(jìn)行數值積分,積分采用四階Kuttaⅲll法和 Hamming修正的四階 Adams- Moulton預測校正法.積分精度用能量守恒、角動(dòng)量守恒以及回路積分法進(jìn)行檢驗.為反映實(shí)驗的宏觀(guān)統計性及保證計算的精度,積分步長(cháng)選為0.1fs,用 Monte16Carlo方法對20000軌線(xiàn)隨機取樣表1Sr+HF體系的LEF勢能面參數類(lèi)型B/U0.40.60.81.00.91680.125圖1反應中核間距隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖1.1402.07531.2682.14560.5232定態(tài)分布函數Pb)*雙原子的D,B,r值取自文獻8圖2表示以SF的振動(dòng)量子數ν和碰撞參數b3計算結果與討論為坐標的定態(tài)分布函數P(b的三維圖,其中圖a)是在高碰撞能零振動(dòng)激發(fā)條件下得到的可以看出3.1反應模式012sr+H反應對應的是直接提取反應和間接插0.10入反應兩者相互竟爭的反應模式.前者反應特征為在Sr靠近HF的同時(shí),H已經(jīng)與F解離,即SrF的生成與HF的解離是同時(shí)發(fā)生的.這樣反應時(shí)間較短,可資用能大部分轉化為相對平動(dòng)能;后者則是因為Sr的插入,H共價(jià)鍵才斷裂,從而形成存在較長(cháng)時(shí)間的HSrF中間絡(luò )合物.這樣反應時(shí)間較0.0300025長(cháng),有足夠的時(shí)間使大部分可資用能轉化為振動(dòng)能和轉動(dòng)能.我們用三原子的核間距隨時(shí)間變化如a0.015圖1所示胙作為判斷依據,其中圖(a展表示直接反應0.005的核間距隨時(shí)間變化,圖b)表示間接反應的核間距隨時(shí)間變化.對兩種初始條件(E。。1=54.18kJ/mnol,v=0,/=0;En1=7.56kJ/mol,y=1,j=0)圖2為定態(tài)分布函數P(b以sF的振動(dòng)量子數ν及碰撞下的反應分別隨機選取100條反應軌線(xiàn)進(jìn)行研究標的三緋圖中國煤化工結果為∶高碰撞能零振動(dòng)激發(fā)條件下100條反應軌CNMHG步研究表明,分布范線(xiàn)有64條為直接反應型,36條為間接反應型;低圍在0-1.900左右,即在b很小時(shí)反應數已明顯碰撞能低振動(dòng)激發(fā)條件下100條有16條為直接反增加,并且這種趨勢隨的增大更為明顯,這是因應型,84條為間接反應型,所以高碰撞能零振動(dòng)激為此時(shí)反應傾向于直接反應,直接反應對應的是小發(fā)條件反痖,佝直接反應;低碰撞能低振動(dòng)激發(fā)碰撞參數和大散射偏轉角;圖(b是在低碰撞能低第2期劉玉芳等:Sr+H體系的動(dòng)力學(xué)研究16振動(dòng)激發(fā)條件下得到的,由圖可知,對于ν較小時(shí),成產(chǎn)物的轉動(dòng)角動(dòng)量和內能,隨著(zhù)反應相對平動(dòng)能P(b濉b幾乎呈線(xiàn)性增加,分布范圍在0-b灬、增大,產(chǎn)物軌道角動(dòng)量(L)與反應物軌道角動(dòng)量(b灬=3.76U內,這說(shuō)明只有b值足夠大時(shí),反應(L舶比值相應地減小,從而使產(chǎn)物的轉動(dòng)取向更數才明顯增加,隨ν的增大這種趨勢更為明顯,這加強烈.韓克利等6的研究表明:對于H+HL→HH是因為此時(shí)的反應傾向于間接反應,對應的是大碰+L類(lèi)型體系的反應,P(yK的分布主要取撞參數和小散射偏轉角.總之,在兩種情況下,當決于體系的質(zhì)量因子,取向參數隨碰撞能的增加而ν值增大時(shí),P(b峰值處對應的b值均近似線(xiàn)性減小,取向隨碰撞能的增加而增強,且幾乎與勢能減小,且峰的寬度變寬面的性質(zhì)無(wú)關(guān).由此可見(jiàn),我們對取向的計算結果3.3反應取向與韓克利等人的結論一致近20年來(lái),人們越來(lái)越認識到只有綜合考慮反應過(guò)程中的標量和矢量才能給出反應過(guò)程完整的動(dòng)力學(xué)信息,并且對A+BC→AB+C反應過(guò)程中的-0,470矢量相關(guān)做了大量的實(shí)驗和理論研究.其中反應物4.475相對速度矢量和產(chǎn)物角動(dòng)量矢量間的耦合是研究的最多且最重要的兩矢量相關(guān)之一.Zar9指出:產(chǎn)物轉動(dòng)角動(dòng)量J的分布由 Legendre多項式人0確0.495K0)=∑aP(J·K)=∑aP(co())-0.500其中Ecol/(kJmolP丿·Z)J·zJZ)圖3Sr+HF反應產(chǎn)物轉動(dòng)取向隨碰轉能的變化圖2∥J.zm=2/+2/,4結論立體功力學(xué)研究最多是前三項,第一項aP(cos0)研究結果表明:(1坂應競爭程度不同.高碰撞代表各項同性分布,第二項a1P(cs0)述產(chǎn)物能零振動(dòng)激發(fā)條件下,反應主要以直接反應機理進(jìn)的轉動(dòng)定向,第三項a2P(cs0描述產(chǎn)物的轉動(dòng)行;低碰撞能低振動(dòng)激發(fā)條件下,反應主要以間接取向.習慣上定義取向α為插入反應機理進(jìn)行.(2定態(tài)分布函數P(b不同對特定的ν,高碰撞能零振動(dòng)激發(fā)時(shí),P(b璉b呈a2 2. 5ffiP coso )l高斯分布范圍0-1.9U左右);低碰撞能低振動(dòng)激0. 5fiP coso )f發(fā)且當產(chǎn)物振動(dòng)量子數ν較小時(shí),P(b雁b幾乎5ffiP coso i P cosO)= 1)呈線(xiàn)性增加.產(chǎn)物振動(dòng)量子數較大時(shí)隨b先增后上面各式中:P2(JK)用=什P(c0m=m減.(3)Sr+H→SrF+H反應是H+H→HH+L型(3co20-1)2m;0是y與反應物相對速度矢量K反應,在這種質(zhì)量組合下,產(chǎn)物S轉動(dòng)取向很強之間的夾角;〈P(yK)取值范圍為-0.5-1.0.取向隨碰撞能增加而增加.研究結果與相關(guān)理論研由上可見(jiàn),反應取向由P(PK)的平均值所究符合的很好,且能給予實(shí)驗以合理的動(dòng)力學(xué)解決定,其中-0.5對應的反應取向最強.對Sr+HF釋中國煤化工體系,由圖3可知,反應取向很強f-0.46)且與CNMHG碰撞能有關(guān),碰撞能越大,取向越強烈.這是因為參考文獻Sr+HF體系屬于H+HL類(lèi)型體系,由于質(zhì)量因子c02cos23=( MHH X MHI)(M1×M1)太小,所以[1 Cupta A, Perry DS, ZareR N. Comparison of Reagent Translationand反應物的軌定烽量和反應可資用能幾乎完全轉換Vibration on the Dynamics of the Endothermic Reaction Sr+ HF[ J ]. J168原子核物理評論第19卷Chem Phys,1980,7x11):625083.[2 Zhong R, Rakestraw D J, MeKendrick K G, et al. Comparison of the [6] Han Keli He Guozhong, Lou Nanquan. Effect of Location of EnergyCa+ HF( DF )and Sr+ HF( DF Reaction Dynamics[ J ]. J ChemBarrier on the Product Alignment of Reaction A+ BC[ J ] J ChePhys,1988,810):6283Phys,1996,1019):8699[3] Man C K, Ester R C. The Dynamics of the Reaction Sr+ HK( v=1) [7] Tormes-Filho A, Pruett J G. Sate-to-state Reaction Dy-SrF+H: Effect of rotation[ J ]. J Chem Phys, 1981, 75(6):2=2)with Ba and S[J]. J Chem Phvs, 1982, 77(2):740[8] Huber K P, Herzberg G. Molecular Spectra and Molecular Structure[4 Teule J M, Mes j, Jassen M H M, et al. Laser-induced Fluorescen-New Yorkcence Studies of Excited Sr Reactions, 1. S P,)+ HF[ J ] J PhysVan nortran[9] Zare R N. Angular Momentum, Understanding Spatial Aspects in[5] Cai Mengqing Biyu et al. Quasiclassical CalculationChemistry and Physic M ] New York: Wiley,1988of the Chemical Reaction Sr+HF[ J]. J Chem Phys, 2000, 255Dynamical Study of Competitive Model inReaction Sr+ hFSrf+hLIU Yu-fang, MENG Hui-yan, WANG Yong ZHU Zun-lue, SUN Jin-fengCollege of Physics Information Engineering, Henan Normal University,XiInxiang 453002, ChinaAbstract The quasiclassical trajectory method based on the extended LEPS potential energy surface has been employedhere to investigate the reaction mechanism and features in the reaction sr t hf-srfth at two reactional conditionsC collision energy Ecol= 54.18 kJ/mol ,v=0,j=0 and Ec ol=7.56 kJ/mol,v=l,j=0). The dynamical featuresin the competitive reaction modes are discussed and the stationary distribution function P b)of the product SrF has already been deduced and the effect of collision energy on the product SrF rotational alignment is also calculated. The results are in good agreement with the experimental data and give the experimental results a reasonable dynamical interpreKey words: LEPS potential energy surface quasiclassical trajectory method competitive mechanism rotational align-中國煤化工CNMHGFoundation item National Natural Science Foundation of China( 1074019)' the Natural Science Foundation of Henan Province(0111050800): the Edu-方數據cation Commission of Henan Province( 2000140005)